第6回: オペアンプ(その3)の演習

いろいろなオペアンプのデータシート

前回の課題で例として紹介したいくつかのオペアンプの主な項目をまとめてみましょう。

	NJM741	NJM062	NJM2068	NJM2130	NJMOP07
	汎用	JFET入力	低雑音	低消費電力	高精度
入力オフセット電圧[mV]	2	3	0.3	1	0.06
入力オフセット電流[A]	5n	1p	5n	1n	0.8n
入力バイアス電流[A]	30n	2p	150n	15n	1.8n
電圧利得[dB]	110	80	110	88	112
入力抵抗[Ω]	2M	10¹²	300k	-	33M
消費電流[mA]	1.7	0.2	5	0.08	2.7

次のような傾向・特徴があるでしょうか。

入力オフセット電圧: 「高精度」オペアンプが特によい
入力オフセット電流・バイアス電流・入力抵抗: 「JFET入力」オペアンプが特によい
消費電流: 「低消費電力」オペアンプが特によい
電圧利得: あまり差がない

増幅率の影響

反転増幅回路を例に、増幅率が無限でないと、どれぐらいの影響があるのか、を考えてみましょう。

[演習]
反転増幅回路で、オペアンプの増幅率が有限(A)の場合、出力と入力の関係式を導いてみてください。
(解: Vo = 1/{1 - (1/A)(1 + R2/R1)}・(R2/R1)Vi)

非反転増幅回路のオフセットの影響

[演習]
非反転増幅回路で、オペアンプに入力オフセット電圧Voffがある場合に、 Vi=0としたときの出力Voを求めてみてください。
(解: Vo = -(1 + R1/R2)Voff)

入力バイアス電流・入力オフセット電流

[演習]
入力バイアス電流Ib (Ib1, Ib2)があるような現実のオペアンプを使った反転増幅回路(図のRb=0としたもの)に対して、 Vi=0のときの出力Voを求めてみましょう。また、Rbを含めたVoの式を求め、これからこのVoの誤差が最小となる Rbの値を求めてみてください。 (ヒント: I2=I1-Ib1, V-=-RbIb2, I1=-V-/R1)
(解: Vo = -(1+R2/R1)RbIb2 + R2Ib1, Rb=R1R2/(R1+R2)とすると Vo = R2(Ib1 - Ib2) = R2・Ioff となるが、一般に入力オフセット電流は入力バイアス電流よりも非常に小さいので、Voが小さくなる)

スルーレート

現実のオペアンプの電気特性の表にのっている項目で、講義で触れられなかったもののうち、スルーレート(slew rate)について紹介しておきましょう。これは、出力の変化の速さを表す量で、通常[V/μs]を単位としてあらわします。たとえば正弦波の入力 Vi = V0 sinωt を反転増幅回路などで増幅する場合、 Vi' = ωV0 sinωt ですから、最も急な入力の変化はωV0となります。したがって出力もこれにあわせて変化するはずなので、増幅率R1/R2の反転増幅器では、最も急な出力の変化は(R2/R1)ωV0となります。これが、スルーレートよりも大きくなってしまうと、出力はその変化に追いつかず、傾きがこのスルーレートの三角波になってしまうわけです。

[演習] NJM741のスルーレートSRは、データシートから0.5V/μsですが、このNJM741を使った増幅率10倍の反転増幅器に、 ω=10kHzの正弦波を加えるとき、出力が正しい波形となる振幅の最大値V0はいくらでしょうか。
(解: 出力電圧の変化の最大値は 10×10⁴V0 = 10⁵V0で、これがスルーレート0.5V/μs = 0.5×10⁶V/s以下であればよいので、V0 = 5V)

この回のソボクな疑問集

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